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Der Ausgleich der Axialkräfte in mehrstufigen Kreiselpumpen ist eine entscheidende Technologie für einen stabilen Betrieb. Durch die Reihenanordnung der Laufräder akkumulieren sich erhebliche Axialkräfte (bis zu mehreren Tonnen). Ein unzureichender Ausgleich kann zu Lagerüberlastungen, Dichtungsschäden oder sogar zu Anlagenausfällen führen. Nachfolgend finden Sie gängige Methoden zum Ausgleich von Axialkräften sowie deren Prinzipien, Vor- und Nachteile.
1.Symmetrische Laufradanordnung (Rücken an Rücken / Vorderseite an Vorderseite)
Bei der Konstruktion des Axialkraftausgleichs moderner Kreiselpumpen wird die Laufradstufe in der Regel als gerade Zahl gewählt. Denn bei einer geraden Laufradstufe kann die symmetrische Laufradverteilung zum Ausgleich der Axialkraft des Geräts genutzt werden. Die im Betrieb vom symmetrisch verteilten Laufrad erzeugte Axialkraft ist gleich groß und entgegengesetzt gerichtet und stellt makroskopisch einen Gleichgewichtszustand dar. Bei der Konstruktion ist darauf zu achten, dass die Dichtungsdrosselung vor dem Einlass des Rücklaufrads dem Durchmesser des Laufrads entspricht, um eine gute Abdichtung zu gewährleisten.
●Prinzip: Benachbarte Laufräder sind in entgegengesetzter Richtung angeordnet, sodass sich ihre Axialkräfte gegenseitig aufheben.
●Rücken an Rücken: Zwei Laufradsätze sind symmetrisch um den Mittelpunkt der Pumpenwelle herum installiert.
●Von Angesicht zu Angesicht: Die Laufräder sind spiegelbildlich nach innen oder außen gerichtet angeordnet.
●Vorteile: Keine zusätzlichen Geräte erforderlich; einfacher Aufbau; hoher Ausgleichswirkungsgrad (über 90 %).
●Nachteile: Komplexe Pumpengehäusekonstruktion; schwierige Strömungswegoptimierung; gilt nur für Pumpen mit einer geraden Stufenzahl.
●Anwendungen: Hochdruck-Kesselspeisepumpen, petrochemische Mehrstufenpumpen.
2. Auswuchttrommel
Die Ausgleichstrommelstruktur (auch Ausgleichskolben genannt) weist kein enges axiales Laufspiel auf, das den größten Teil des Axialschubs, jedoch nicht den gesamten Axialschub kompensieren kann. Bei axialer Bewegung erfolgt kein zusätzlicher Ausgleich, sodass in der Regel Axiallager erforderlich sind. Diese Konstruktion weist eine höhere interne Rückführung (interne Leckage) auf, ist aber toleranter gegenüber Anläufen, Abschaltungen und anderen Übergangszuständen.
●Prinzip: Nach dem Laufrad der letzten Stufe ist eine zylindrische Trommel eingebaut. Hochdruckflüssigkeit strömt durch den Spalt zwischen Trommel und Gehäuse in eine Niederdruckkammer und erzeugt dort eine Gegenkraft.
● AVorteile: Starke Ausgleichsfähigkeit, geeignet für Hochdruck-Mehrstufenpumpen (z. B. 10+ Stufen).
●Nachteile: Leckageverluste (~3–5 % der Durchflussrate), die die Effizienz verringern. Erfordert zusätzliche Ausgleichsrohre oder Umwälzsysteme, was den Wartungsaufwand erhöht.
●Anwendungen: Große mehrstufige Kreiselpumpen (z. B. Fernleitungspumpen).
3.Ausgleichsscheibe
Als gängige Konstruktionsmethode für Axialkraftausgleichsvorrichtungen moderner mehrstufiger Kreiselpumpen ist die Ausgleichsscheibenmethode eine Methode, die je nach Produktionsbedarf maßvoll angepasst werden kann. Die Ausgleichskraft wird hauptsächlich durch den Querschnitt zwischen dem radialen und axialen Spiel der Scheibe erzeugt, während der andere Teil hauptsächlich durch das axiale Spiel und den Außenradius der Ausgleichsscheibe erzeugt wird. Diese beiden Ausgleichskräfte gleichen die Axialkraft aus. Im Vergleich zu anderen Methoden bietet die Ausgleichsplattenmethode den Vorteil, dass der Durchmesser der Ausgleichsplatte größer und die Empfindlichkeit höher ist, was die Betriebsstabilität des Geräts effektiv verbessert. Aufgrund des geringen axialen Laufspiels ist diese Konstruktion jedoch unter Übergangsbedingungen anfällig für Verschleiß und Beschädigung.
●Prinzip: Nach dem Laufrad der letzten Stufe ist eine bewegliche Scheibe eingebaut. Der Druckunterschied über der Scheibe passt ihre Position dynamisch an, um der Axialkraft entgegenzuwirken.
●Vorteile: Automatische Anpassung an Axialkraftschwankungen; hohe Auswuchtpräzision.
●Nachteile: Reibung verursacht Verschleiß und erfordert einen regelmäßigen Austausch. Reagiert empfindlich auf die Sauberkeit der Flüssigkeit (Partikel können die Scheibe blockieren).
●Anwendungen: Frühe mehrstufige Reinwasserpumpen (werden schrittweise durch Ausgleichstrommeln ersetzt).
4.Auswuchttrommel + Scheibenkombination
Im Vergleich zur Ausgleichsplattenmethode unterscheidet sich die Ausgleichsplattentrommelmethode dadurch, dass die Drosselbuchse größer ist als die Laufradnabe, während bei der Ausgleichsscheibe die Drosselbuchsengröße der Laufradnabe entsprechen muss. Generell gilt, dass bei der Konstruktion der Ausgleichsplattentrommel die von der Ausgleichsplatte erzeugte Ausgleichskraft mehr als die Hälfte der gesamten Axialkraft ausmacht und maximal 90 % der gesamten Axialkraft erreichen kann. Die übrigen Teile werden hauptsächlich von der Ausgleichstrommel bereitgestellt. Gleichzeitig verringert eine moderate Erhöhung der Ausgleichskraft der Ausgleichstrommel die Ausgleichskraft der Ausgleichsplatte entsprechend und verkleinert deren Größe. Dadurch wird der Verschleiß der Ausgleichsplatte reduziert, die Lebensdauer der Anlagenteile verbessert und der normale Betrieb der mehrstufigen Kreiselpumpe sichergestellt.
●Prinzip: Die Trommel übernimmt den größten Teil der Axialkraft, während die Scheibe die Restkraft fein einstellt.
●Vorteile: Vereint Stabilität und Anpassungsfähigkeit, geeignet für variable Betriebsbedingungen.
●Nachteile: Komplexe Struktur; höhere Kosten.
●Anwendungen: Hochleistungs-Industriepumpen (z. B. Kühlmittelpumpen für Kernreaktoren).
5. Axiallager (Hilfsausgleich)
●Prinzip: Schrägkugellager oder Kingsbury-Lager nehmen die verbleibende Axialkraft auf.
●Vorteile: Zuverlässiges Backup für andere Ausgleichsmethoden.
●Nachteile: Erfordert regelmäßige Schmierung; kürzere Lebensdauer bei hohen axialen Belastungen.
●Anwendungen: Kleine bis mittelgroße mehrstufige Pumpen oder Hochgeschwindigkeitspumpen.
6. Doppelansaug-Laufraddesign
●Prinzip: In der ersten oder mittleren Stufe wird ein doppelflutiges Laufrad verwendet, das die Axialkraft durch beidseitigen Zufluss ausgleicht.
●Vorteile: Effektives Auswuchten bei gleichzeitiger Verbesserung der Kavitationsleistung.
●Nachteile: Gleicht nur die Axialkraft einer Stufe aus; für mehrstufige Pumpen sind andere Methoden erforderlich.
7. Hydraulische Ausgleichslöcher (Löcher der Laufradrückplatte)
●Prinzip: In die Rückplatte des Laufrads werden Löcher gebohrt, damit Hochdruckflüssigkeit in die Niederdruckzone zurückfließen kann und die Axialkraft reduziert wird.
●Vorteile: Einfach und kostengünstig.
●Nachteile: Reduziert die Pumpeneffizienz (~2–4 %).Nur für Anwendungen mit geringer Axialkraft geeignet; erfordert oft zusätzliche Axiallager.
Vergleich von Axialkraftausgleichsmethoden
| Verfahren | Effizienz | Komplexität | Wartungskosten | Typische Anwendungen |
| Symmetrische Laufräder | ★★★★★ | ★★★ | ★★ | Gleichstufige Hochdruckpumpen |
| Auswuchttrommel | ★★★★ | ★★★★ | ★★★ | Mehrstufige Hochdruckpumpen |
| Ausgleichsscheibe | ★★★ | ★★★★ | ★★★★ | Saubere Flüssigkeiten, variable Belastungen |
| Schlagzeug + Disk Combo | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★ | Extreme Bedingungen (nuklear, militärisch) |
| Axiallager | ★★ | ★★ | ★★★ | Restaxialkraftausgleich |
| Doppelflutiges Laufrad | ★★★★ | ★★★ | ★★ | Erste oder mittlere Stufe |
| Ausgleichslöcher | ★★ | ★ | ★ | Kleine Niederdruckpumpen |
Veröffentlichungszeit: 29. März 2025